Establishment of Light-Energy Conversion at Nano Optical Field
Publicly Offered Research
| Project Area | Creation of novel light energy conversion system through elucidation of the molecular mechanism of photosynthesis and its artificial design in terms of time and space |
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| Project/Area Number |
20H05084
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
南本 大穂 北海道大学, 理学研究院, 助教 (80757279)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 局在表面プラズモン / 光電気化学 / 水素発生 / プラズモニック光電変換 / 可視光誘起水素発生 / 電気化学 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、p型半導体電極表面に担持されたプラズモニックナノ構造体が形成するナノ光局在場において、高度光－物質変換を可能とする系の創生を目指す。具体的には、金属ナノ構造の光学特性と入射光波長に依存して変化する励起電子の絶対電気化学電位とその空間局在性を精密に制御することで、可視光や白色光照射下において駆動する水素生成、並びに多段階還元反応制御に挑戦する。金属構造・入射光・電気化学測定条件等を最適化し、さらには分光測定や同位体効果の検証を通じて本系の特徴を明らかにすることで、本技術をクリーンな再生可能エネルギー資源創出技術として提案することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、太陽光に多く含まれる可視光のエネルギーを高効率に化学物質に変換可能とする新規技術の創生を目指し、金属ナノ構造において発現する局在表面プラズモン共鳴を利用した光電変換系の確立に取り組んだ。前年度までの取り組みにより、p型半導体に金属ナノ構造を担持することで、生成した正孔の半導体への注入を介して、金属ナノ構造-半導体界面において還元反応を制御する系を確立し、それによる可視光誘起水素発生系を達成した。さらには溶液条件を検討することで通常の電極系とはことなる電極活性の特異pH依存性を確認した。本年度における取り組みにおいては、同位体効果の観測により表面分子過程の詳細な知見を得ることを目指した検証を行った。その結果、当該系においては通常の電極では見られない逆同位体効果が発現することを明らかにした。更には本事実を基に、電気化学的な速度論解析手法を導入することで、本系において分子選択的な表面プロセスの加速が発現し、そのことが観測された逆同位体効果の起源であるという事実を見出した。本取り組みに加えて、種々のp型半導体の検討を通じて、反応に関与する励起電子の電気化学電位を決定することに成功するとともに、助触媒の光析出を行うことで水素発生の光電変換効率を飛躍的に向上させることも見出した。これら得られた全ての成果は、局在表面プラズモン共鳴が誘起する光局在場における可視光誘起物質変換系の最適化へと繋がる指針になると期待される。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(14 results)
